【正文】 它包括了 Intel 公司發(fā)展 MCS— 51 系列的新一代產(chǎn)品，如 8XC15 80C5lFA／ FB、 80C5 1GA／ GB、 SXC45 8XC452，還 包括了 PhiliPs、 Siemens、 AMD、OKI、 ATMEL 等公司以 80C51 為核心推出的 大量各具特色、與 MCS— 51 引兼容的單片機(jī)。 50C51 系列單片機(jī)產(chǎn)品中增加了一些外部接口功能單元，如 A／ D、PWM、 PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、 WDT（監(jiān)視定時(shí)器）、高速 1／ 0 接口、計(jì)數(shù)器的捕獲／比較邏輯等。中央處理器與通用微處理器基本相同，只是增加了面向控制的處理功能。單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有定時(shí)電路，只需外接震蕩元件，一般選用晶體振蕩器，也可用外部 時(shí)鐘源。如圖 35 所示 MCS— 51 系列單片機(jī)的 40 個(gè)引腳中有 2 個(gè)專用于主電源的引腳， 2 個(gè)外接晶體的引腳， 4 個(gè)控制或與 其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)（復(fù)位電路將在我的硬件設(shè)計(jì)中給出說(shuō)明）。在不訪問(wèn) 外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 殿仍以上述不變的頻率（振蕩器頻率的 1/6），周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或者常數(shù)期間，每個(gè)機(jī) 器周期 PSEN 兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向 8 位輸入 /輸出接口。 （ 2） P1 口（ 1 腳～ 8 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P1 口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過(guò) 256 個(gè)字節(jié)時(shí)， P2 口用于高 8 位地址總線送出高 8 位地址。 P3 口的第 2 功能詳見表 32。硬件電路是實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的基礎(chǔ)，是漏電保護(hù)器的“肢體”，是整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的第一步。 軟件是系統(tǒng)的指揮中心，性能優(yōu)良的軟件是保證系統(tǒng)高效、可靠、安全工作的技術(shù)保障。由于實(shí)際的單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能復(fù)雜、信息量大、程序較長(zhǎng)，所以選用切合實(shí)際的程序設(shè)計(jì)方法就 顯得相當(dāng)重要。 軟件設(shè)計(jì)原則 軟件設(shè)計(jì)包括擬定程序的總體方案并畫出程序流程圖、編制具體程序、程序的檢查修改、程序調(diào)試等步驟。 （ 2） 程序的編制 程序流程圖繪制成功后，整個(gè)程序的輪廓和思路已十分清楚。 （ 3） 程序的檢查和修改 實(shí)際的應(yīng)用程序編好后，往往會(huì)有不少潛在隱患和錯(cuò)誤，這是不足為奇的。 本課題 要實(shí)現(xiàn)的主要功能 本課題主要研究的智能漏電裝置主要實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1） 檢測(cè)零序電流 （ 2） 判斷電路是否漏電 （ 3） 判斷漏電相 （ 4） 顯示 零序 電流 39 （ 5） 按鍵設(shè)置整定值 程序構(gòu)成 程序主要由數(shù)據(jù)采集、漏電故障判斷、漏電故障相判斷、控制信號(hào)輸出、報(bào)警等部分組成。因此，源程序編好后在上機(jī)調(diào)試前進(jìn)行靜態(tài)檢查是十分必要的。首先要統(tǒng)籌考慮和安排一些全局問(wèn)題，如 :程序 地址空間分配、工作寄存器安排、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、端口地址和輸入 /輸出格式等。該系統(tǒng)使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，把一個(gè)較大的程序劃分為若干個(gè)具有獨(dú)立功能的子程序，各子程序分別進(jìn)行編譯、調(diào)試，最后鏈接成一個(gè)統(tǒng)一的整體。本文中采用了 模塊化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了保護(hù)系統(tǒng)的主控程序和各功能模塊程序，并給出了程序框圖。 C 語(yǔ)言是一種應(yīng)用廣泛的高級(jí)語(yǔ)言，他具有功能豐富、表達(dá)能力強(qiáng)、目標(biāo)代碼效率高、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具有位操作等許多低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，非常適合 用 來(lái)開發(fā)單片機(jī)等嵌入式應(yīng)用程序。即軟件是設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵，是靈魂。由于是 16 位地址線，因此，可使外部存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到 64KB[11]。 36 （ 4） P3 口（ 10 腳～ 17 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P3 口。 對(duì) EPROM 編程和進(jìn)行程序驗(yàn)證時(shí)， P1 口接收輸入的低 8 位地址。它分時(shí)提供 8 位地址總線和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。 對(duì)于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V的編程電源 PPV 。 （ 4） /PPEAV（ 31 腳）： EA 為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)控制信號(hào)，低電平有效。 對(duì)于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，該引腳作為編程脈沖PROG 的輸入端。 ）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有 / PDRST V 、 /ALE PROG 、 PSEN 、 / PPEAV等 4種形式。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于 CHMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V電源正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V電源地端。 80C51 單片機(jī)采用 40 個(gè)引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少的引腳具有第二功能。存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址。因此 80C51 系列單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。它保留了 MCS— 48 單片機(jī)的所有特性，內(nèi)部組成基本相同。 可以看出，這一代單片機(jī)主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完 善的外部并行總線（ A、 DB、 CB）和具有多機(jī)識(shí)別功能的串行通信接口（ UART），規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（ SF 控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。除法指令的執(zhí)行時(shí)問(wèn)僅為 4S。這些指令 44%為單字節(jié)指令， 41%為雙字節(jié)指令， 15%為三字節(jié)指令。 （ 4） 增強(qiáng)了中斷系統(tǒng)：設(shè)置有 2 級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可接受 5 個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求，中斷優(yōu)先級(jí)別可由用戶定義。其主要的技術(shù)特征是： 31 （ 1） 擴(kuò)大了片內(nèi)存儲(chǔ)容量、外部尋址空間：程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址都增加到 64KB。如以 Intel8單片機(jī)為例，這 H 代的劃分大致如下： 第一代：以 MCS— 48 系列單片機(jī)為代表。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適合于工業(yè)控制及控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合。 假如線路發(fā)生 C 相漏電，則全電網(wǎng) C 相對(duì)地電壓會(huì)降低， A、 B 兩相會(huì)升高。表 31 為 660V電網(wǎng)單相漏電時(shí)的各相電壓。此漏電信號(hào)經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，是主開關(guān) 分勵(lì) 脫扣線圈 TL 通電，驅(qū)動(dòng)主開關(guān) QF 自動(dòng)跳閘 ，迅速切斷被保護(hù)電路的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。系統(tǒng)保持正常供電。 28 圖 32 漏電保護(hù)器工作原理 在被保護(hù)的電路工作正常、沒(méi)有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由基爾霍夫定律可知 ，通過(guò) 電流互感器 一次側(cè)電流的向量和等于零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不等零，其相量和 為： IIII ca ??? b (漏電電流）這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件掉閘。在線路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零（對(duì)零序電流保護(hù)假定不考慮不平衡電流），因此，零序 電流互感器 的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出（零序電流保護(hù)時(shí)躲過(guò)不平衡電流），執(zhí)行元件不動(dòng)作。通常是用一 個(gè) 限流電阻和檢查按鈕相串聯(lián)的支路來(lái)模擬漏電的路徑，以檢驗(yàn)裝置能否正常動(dòng)作。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)用于接收中間環(huán)節(jié)的指令信 號(hào)，實(shí)施動(dòng)作，自動(dòng)切斷故障處的電源。被保護(hù)主電路的相線和中性線穿過(guò)環(huán)形鐵心構(gòu)成了零序電流互感器的一次線圈 ，均勻纏繞在環(huán)形鐵芯上的繞組構(gòu)成了互感器的二次線圈 。目前，國(guó)內(nèi)外漏電保護(hù)裝置的研究生產(chǎn)及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均以電流型漏電保護(hù)裝置為對(duì)象 [10]。漏電保護(hù)裝置通過(guò)檢測(cè)此異常電流或異常電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理，促使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，借助開關(guān)設(shè)備迅速切斷電源。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間如表（ 21）所示，表中額定電流≧ 40A的一欄適用于組合型漏電保護(hù)裝置?？焖傩瓦m用于單級(jí)保護(hù)，用于直接接觸觸電 擊防護(hù)時(shí)必須選用快速型的漏電保護(hù)裝置。為了防止誤動(dòng)作，漏電保護(hù)裝置的額定不動(dòng)作電流不得低于額定動(dòng)作電流的 1/2。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定漏電動(dòng)作電流值為： 6mA， 10mA，（ 15mA）， 30mA，（ 50mA）， (75mA),100mA,(200mA),300mA,500mA,10000mA, 20200mA 共 15 個(gè)等級(jí)（帶括號(hào)的值不推薦優(yōu)先采用）。 漏電保護(hù)裝置的主要參數(shù) 關(guān)于漏電動(dòng)作性能的技術(shù)參數(shù)是漏電保護(hù)裝置最基本的技術(shù)參數(shù)，包括漏電動(dòng)作電流和漏電動(dòng)作時(shí)間。 (229) 因此 為 相位相同，按 1/R 比例變化的量。至 180176。至 90176。同理，當(dāng) B（ C）相漏電時(shí)， A（ B）相得對(duì)地電壓有可能超過(guò)系統(tǒng)線電壓，成為絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。 對(duì)于一個(gè)固定的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，常常具有固定的 r 值和 C 值，而漏電故障的形成往往有一個(gè)過(guò)程，也就是說(shuō)在漏電故障發(fā)生時(shí)， R 值是變化的。 同時(shí)滿足 r 和 C 變化條件的 向量的模為兩圓交點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，方向指向坐 標(biāo)原點(diǎn) . （ 3） 系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻和對(duì)地電容不變，即 r 和 C 為定值時(shí)，兩院的直徑 D都隨 R 值變化， D 隨 R 變化的規(guī)律為雙曲線。 ? 角隨 變化范圍為： 當(dāng) C=0 時(shí)， ； 當(dāng) C= 時(shí)， ； 即當(dāng) C 由 0 到 ， 在 之間變化，這說(shuō)明該圓為一半圓。 17 單相漏電時(shí)零序電壓的變化規(guī)律 在放射式供電系統(tǒng)中，有 n 條供電線路， 如圖 25 所示。 在工程實(shí)際中，電網(wǎng)發(fā)生兩相漏電的幾率遠(yuǎn)不如單相漏電高，其故障程度（僅就漏電而言）也比單相漏電輕。 (22) 式中 , 當(dāng)發(fā)生單相漏電時(shí)，相當(dāng)于在 相的零序阻抗 上又并聯(lián)了一個(gè)過(guò)渡電阻 ， 因而破壞了原由 組成的三相星形負(fù)載的對(duì)稱性。 12 圖 22 單相漏電的等效電路圖 N 點(diǎn)為變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)， 為大地，設(shè)在 相發(fā)生單相漏電，過(guò)渡電阻為。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時(shí)，相當(dāng)于在漏電相的零序阻抗上并聯(lián)了過(guò)渡電阻 ，因而可以直接應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電壓法求出中性點(diǎn)與大地的電位差 ，進(jìn)而根據(jù)邊界條件和回路電 壓定律求得其故障參數(shù)的表達(dá)式。 利用節(jié)點(diǎn)電壓法分析單相漏電 單項(xiàng)漏電時(shí)情況如圖 21 所示。 考慮到低 壓電網(wǎng)與其各相對(duì)地的絕緣阻抗可以構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，故采用節(jié)點(diǎn)電壓法來(lái)進(jìn)行漏電分析較為方 便，但這種分析方法要用到的零序電壓、零序電流及零序阻抗的概念， 出自對(duì)稱分量法的理論。 漏電分析 電網(wǎng)一旦發(fā)生漏電故障，原來(lái)三相對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)就要發(fā)生變化，絕大部分情況下其對(duì)地的對(duì)稱性遭到破壞，因而 各相對(duì)地電壓不再對(duì)稱，并產(chǎn)生零序電壓和零序電流等新的參數(shù)。 運(yùn)行方式分類 （ 1）不需要輔助電源的漏電保 護(hù)裝置 （ 2）需要輔助電源的漏電保護(hù)裝置。漏電繼電器本身不具備直接斷開 主電路的功能。這種保護(hù)器有的還建有短路保護(hù)及過(guò)載保護(hù)。但電子式漏電保護(hù)裝置對(duì)使用條件要求嚴(yán)格，抗電磁干擾性能較差，當(dāng)主電路缺相時(shí)，可能會(huì)因缺失輔助電源而喪失保護(hù)功能。 （ 2）電子式漏電保護(hù)裝置。 （ 1）電磁式漏電保護(hù)裝置。長(zhǎng)期集中性漏電是指電網(wǎng)中的某一設(shè)備或電纜，由于某種原因使絕緣擊穿或帶電導(dǎo)體碰殼而造成的漏電故障，如果沒(méi)有相應(yīng)的保護(hù)裝置，或者保護(hù)裝置 拒動(dòng) ，這種漏電故障將長(zhǎng)期存在。 漏電的種類 根據(jù) 低壓 電網(wǎng)的實(shí)際情況，漏電故障可分為其中性漏電和分散性漏電兩類。由于電網(wǎng)對(duì)地阻抗很大，故 入 地電流也常不足 1A，過(guò)流保護(hù)裝置不動(dòng)作，這種情況屬于漏電故障。 在中性點(diǎn)直接接地的低壓供電系統(tǒng)中，如果一相帶電導(dǎo)體直接與大地接觸，這時(shí)流入地中的電流通過(guò)大地，接地極、供電變壓器繞組及導(dǎo)線構(gòu)成回路，由于各元件的阻抗都很小，因而回路中將產(chǎn)生很大的電流，可達(dá)數(shù)百、數(shù)千安培，此時(shí)，有關(guān)的過(guò)流保護(hù)裝置將動(dòng)作，切斷故障線路的電源。具體的，當(dāng)入地電流由于某種原因增大至數(shù)十毫安、數(shù)安培甚至數(shù)十安培時(shí)，線路或電氣設(shè)備就可能已發(fā)生了漏電故障。 6 第二章 漏電原理及分析 漏電故障的基本概念 漏電的定義 在電力系統(tǒng)中，當(dāng)帶電導(dǎo)體對(duì)大地的絕緣阻抗降低到一定程度，使經(jīng)該阻抗流入大地的電流增大到一定程度，我們就說(shuō)該帶電導(dǎo)體發(fā)生了漏電故障，或者說(shuō)該供電系統(tǒng)發(fā)生了漏電故障。具體工作主要有： ，了解漏電保護(hù)器的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)； 、兩相漏電故障的原理及 參數(shù)變化； ，以零序電流法和最低幅值選相法為判據(jù)的新型智能漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案； ，結(jié)合本 裝置的硬件電路圖對(duì)漏電保護(hù)裝置進(jìn)行軟件編程及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了能夠快速判斷電網(wǎng) 是否發(fā)生漏電，鑒別漏電相并發(fā)出報(bào)警及切除故障信號(hào)的新型漏電保護(hù)裝置；